Kad titāna apvalks tiek izmantots kā sildītājs reversās osmozes koncentrāta plūsmai ar augstu silīcija dioksīda un hlorīda saturu, kā silīcija dioksīda nogulsnēšanās maina atteices mehānismu no korozijas uz pārkaršanu?

Pamata kompromiss-titāna sildītāju dizainā RO koncentrāta servisā
RO koncentrātu plūsmām ir raksturīgs augsts hlorīdu saturs (10 000–50 000 ppm) un augstāks silīcija dioksīds (50–200 ppm kā SiO2). Titāns tika izvēlēts, ņemot vērā tā izturību pret hlorīda koroziju. Tomēr temperatūrā virs 70 grādiem silīcija dioksīds polimerizējas un izgulsnējas amorfas skalas veidā uz sakarsētām virsmām. Šī silīcija dioksīda skala pilnībā ietekmē atteices procesu. Kalpošanas laiks 3-5 gadi titānam bez katlakmens hlorīdu radīto bedrīšu dēļ. Svari kalpo kā izolācijas pārklājums un izraisa lokālu pārkaršanu, kas izraisa ātru apvalka izdegšanu mēnešos. Šo mehānismu ietekmē sienas biezums: biezāka siena virspusē sakarst ar tādu pašu jaudas blīvumu, tādējādi palielinot silīcija dioksīda polimerizāciju un veidojot katlakmens. Šī pāreja no korozijas uz ierobežotu mēroga atteici ir svarīga, izstrādājot sildītājus RO koncentrātu lietojumiem.

Ietekme uz mehānisko integritāti: silīcija dioksīda skalas veidošanās kinētika
Silīcija dioksīda šķīdība samazinās, palielinoties temperatūrai, un palielinās, palielinoties pH. RO koncentrāts pie pH 7-8 un 70 grādiem piesātinājuma koncentrācija ir aptuveni 120 ppm SiO2. Ja titāna apvalka virsmas temperatūra pārsniedz 80 grādus (sakarā ar elektrisko pretestību caur sienu), lokālā šķīdība nokrītas zem 80 ppm un notiek pārsātinājums un polimerizācija. Reakcija ir: Si(OH)4 (aq) SiO2 (amorfs) + 2H2O Silīcija dioksīda mēroga ražošanas indukcijas laiks ir saistīts ar Arrēniusu. Pie virsmas temperatūras 80 grādiem katlakmens veidojas 48 stundu laikā; 90 grādos tas veidojas 8 stundu laikā. 1,0 mm titāna sienai 70 grādu lielapjoma RO koncentrātā, kas darbojas ar 2,5 W/cm², virsmas temperatūra ir aptuveni 78 grādi, kas ir tieši zem ātrās mērogošanas sliekšņa. Sienas biezumam 1,8 mm virsma sasniedz 85 grādus un nonāk ātrās mērogošanas režīmā. Kad ir izveidojies silīcija dioksīda slānis (vadītspēja=1 W/m·K salīdzinājumā ar 17 W/m·K titānam), papildu termiskā pretestība vēl vairāk paaugstina virsmas temperatūru, veicinot lielāku katlakmens nogulsnēšanos. Bojājuma mehānisms pāriet no punktkorozijas (gados) uz termisko izplūdi (mēnešos).

Ietekme uz termisko veiktspēju: pārkaršana un{0}}izdegšana
Plāns silīcija dioksīda slānis, kura biezums ir tikai 0,5 mm, nodrošina siltuma pretestību $\\Delta T_{scale}=q \\times t_{scale} /k_{scale}$. Pie 2,5 W/cm² 0,5 mm silīcija dioksīda slānis rada 12,5 grādu temperatūras kritumu visā skalā. Tas nozīmē, ka titāna ārējai virsmai ir jābūt par 12,5 grādiem karstākai, lai nodrošinātu tādu pašu siltuma plūsmu. Paaugstināta temperatūra nozīmē daudz ātrāku mērogošanu. Pozitīva atgriezeniskā saite turpinās, līdz iekšējās pretestības vads pārsniedz 450 C robežu, izraisot MgO izolācijas bojājumu un apvalka izdegšanu{14}}. RO koncentrāta sildītāju lauka dati liecina, ka 1,2 mm titāna siena ar sākotnējo virsmas temperatūru 80 grādi 500 stundu laikā veido 0,3 mm silīcija dioksīda skalu, paceļot virsmu līdz 95 grādiem. Mērogojums palielinās eksponenciāli par 95 grādiem, sasniedzot 1,0 mm vēl 500 stundās, kad stieples temperatūra ir augstāka par 450 grādiem un sildītājs saplīst. Kopējais ilgums no tīras sākuma līdz atteicei ir 1000–1500 stundas Salīdzinājumam, punktveida korozijai nepieciešamas 8000 līdz 10 000 stundas, lai perforētu vienu un to pašu sienu.

Kompromisa{0}}sintēze: sienas biezuma un mēroga pārvaldība
Lielapjoma silīcija dioksīda koncentrācija (ppm SiO2) Ieteicamais sienas biezums Paredzamais atteices režīma kalpošanas laiks (stundās) Pamata inženiertehniskais pamatojums < 50 ppm 1,0 mm – 1,2 mm Tikai viegls iedobums > 20 000 Nav būtiskas zvīņošanās; tiek piemērota parastā korozijas konstrukcija.
50–100 ppm 1,0 mm (plāna -siena)Pārkaršana skalas dēļ 3000–5000 Plāna siena pazemina virsmas temperatūru un palēnina katlakmens veidošanos. Normāla tīrīšana.
No 100 līdz 150 ppmNav ieteicams (visi biezumi)Ātra mērogošana Deg-līdz < 1500 Nav svarīgi, cik bieza ir siena, jūs nevarat izvairīties no kāpšanas. Pievienojiet pretskalantu vai mainiet procedūru.
Iknedēļas skābes tīrīšana, jebkurš 1,2 mm–1,5 mm Tīrīšana-kontrolēta > 10 000 Bieža tīrīšana neļauj katlakmenim izraisīt termisku noplūdi. Biezāka siena var izturēt tīrīšanas eroziju.
6. Nozvejas novēršana un tīrīšana ārpus sienas
Bojājuma mehānisma pāreja no korozijas uz pārkaršanu, ko izraisa silīcija dioksīda mērogošana, padara virsmas temperatūras kontroli svarīgāku par korozijas pielaidi sienas biezuma noteikšanā. Labākais veids, kā rīkoties ar RO koncentrātu ar augstu silīcija dioksīda koncentrātu, ir izmantot plānu sienu (1,0 mm) un ķīmiskos pret-kalantus (fosfonātus, kas novērš silīcija dioksīda polimerizāciju) vai iknedēļas tīrīšanu ar skābi (2% citronskābi 50 grādos 1 stundu). pēdējās 5000+ st. Ja pārklājuma biezums ir mazāks par 0,2 mm, termisko stāvokli atjauno ar skābes tīrīšanu, kas izšķīdina amorfo silīcija dioksīdu. Bieza siena (1,8 mm) bez tīrīšanas sabojājas ātrāk nekā plāna siena ar tīrīšanu, jo augstāka sākotnējā virsmas temperatūra paātrina mērogošanu ātrāk, nekā var uzturēt tīrīšanas biežumu.

Secinājumi: Kad notiek mērogošana, korozija nav dominējošais atteices mehānisms
Titāna apvalka sildītājs RO koncentrātam ar augstu silīcija dioksīda un hlorīda saturu pārveido atteices mehānismu no aizkavētas hlorīda rašanās (gados) uz ātru pārkarsētu izdegšanu{0}}(mēnešos) silīcija dioksīda nogulsnēšanās dēļ. Biezāka siena saasina situāciju, paaugstinot virsmas temperatūru ātrā mērogošanas reģionā. Ar augstu silīcija dioksīda RO koncentrāciju jārīkojas ar plānu sienu (1,0 mm) un iknedēļas tīrīšanu ar skābi vai nepārtrauktu pret-kalanta injekciju. Ir arī svarīgi atzīmēt, ka, jo biezāka ir nenotīrīta siena, jo ātrāk tā sabojāsies salīdzinājumā ar plānāku sienu, kas ir notīrīta, tāpēc sienas biezums ir papildu elements mēroga kontrolei. Norādot sildītājus, norādiet ražotājam kopējo silīcija dioksīda koncentrāciju (ppm) un skābes tīrīšanas iespēju un pieprasiet virsmas temperatūras aprēķinu, lai pārliecinātos, ka darbība būs zem 80 grādiem.